Ciśnieniowe procesy membranowe Mikrofiltracja i ultrafiltracja

Procesy membranowe Procesy separacji przebiegające dzięki obecności membrany

Zasada krzyżowej filtracji membranowej

Główne typy procesów membranowych Różnica ciśnień Δp Różnica stężeń (aktywności) Δc Mikrofiltracja Separacja gazów Ultrafiltracja Perwaporacja Nanofiltracja Destylacja membranowa Odwrócona osmoza Membrany ciekłe i katalityczne Dializa

Typy struktur membran

Typy membran ciekłych

Otrzymywanie emulsyjnych membran ciekłych

Typy struktur membran stałych

Struktury membran symetrycznych

Porównanie membran ceramicznych i organicznych Odporność na: Membrany ceramiczne Membrany organiczne Ścieranie wysoka niska Temperaturę pH Ciśnienie

Porównanie membran ceramicznych i organicznych Cecha Membrany ceramiczne Membrany organiczne Możliwość sterylizacji parą tak Żywotność długa średnia Dystrybucja wielkości porów mała - Zwartość wysoka Koszty wytwarzania wysokie niskie

Współczynnik retencji

Ciśnieniowe procesy membranowe

Membrany do mikrofiltracji

Membrany do mikrofiltracji Konstrukcja porowata, symetryczna Grubość 10-150 μm Wielkość porów 0,05-10 μm Wielkość separowanych cząstek > 0,1 μm Mechanizm separacji sitowy Materiał membrany polimerowy, ceramiczny

Oddzielanie E. coli różnymi metodami Czystość cieczy Stopień zatężania Wydajność procesu [m3/m2h Zużycie energii [W*h/dm3] filtr tarczowy 99,5 12,5 9,60 8 osadnik- flokulacja >99,5 12,0 13,20 1,8 prasa filtracyjna – flokulacja 21,6 6,38 mikrofiltracja- kapilarna 100 14,0 1,08 11 mikrofiltracja – membrany płaskie 11,0 0,384 31

Ogólna liczba drobnoustrojów w badanym mleku (jtk/cm3) Rodzaj próby Serie produkcyjne Xśr. I n=4 II n=4 III n=4 Mleko surowe 6,0x106 1,3x106 3,5x105 2,6x106 Mleko po mikrofiltracji 4,2x103 7,0x102 1,9x103 2,3x103 Mleko po mikrofiltracji i pasteryzacji 1,2x102 9,0x101 3,0x102 1,4x102 Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji 99,93% 99,95% 99,46% 99,91% Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji i pasteryzacji 99,998% 99,993% 99,995%

Obecność bakterii z grupy coli w badanym mleku (jtk/cm3) Rodzaj próby Serie produkcyjne Xśr. I n=4 II n=4 III n=4 Mleko surowe nb w 10-6 nb w 10-5 Mleko po mikrofiltracji nb w 10-2 Mleko po mikrofiltracji i pasteryzacji nb w 100 Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji 4 log Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji i pasteryzacji 6 log  

Obecność enterokoków w badanym mleku (jtk/cm3) Rodzaj próby Serie produkcyjne Xśr. I n=4 II n=4 III n=4 Mleko surowe nb w 10-4 nb w 10-3 Mleko po mikrofiltracji nb w 10-1 nb w 100 Mleko po mikrofiltracji i pasteryzacji Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji 3 log 4 log Średni stopień redukcji bakterii po mikrofiltracji i pasteryzacji  

Ultrafiltracja Sitowy mechanizm separacji podobny jak w tradycyjnej filtracji stosują się wszystkie prawa teorii filtracji (Darcy’ego, Poiseull’a)

Membrany do ultrafiltracji

Strumień permeatu

Zestawienie parametrów membran ultrafiltracyjnych Konstrukcja porowata, asymetryczna Grubość ok. 150 μm (warstwa separująca – 0,1-1,0 μm) Wielkość porów 0,001 – 0,05 μm Wielkość separowanych cząstek 2 - 20nm > 500 D Mechanizm separacji sitowy Materiał membrany polimerowy, ceramiczny

Polaryzacja stężeniowa

Współczynnik polaryzacji stężeniowej cm/cb – współczynnik polaryzacji stężeniowej R – współczynnik retencji D - współczynnik dyfuzji substancji ulegającej retencji δ – grubość warstwy polaryzacyjnej k – współczynnik wnikania masy

Graniczny strumień permeatu

Hydrauliczne metody czyszczenia membran Przemywanie wsteczne

Przemywanie wsteczne

Ceramiczne membrany rurowe

Membrany kapilarne

Membrany ramowe

Membrany spiralne

Charakterystyka membran spiralnych c.d.

Porównanie modułów membranowych

Porównanie modułów membranowych